Paliva i plasty z nežádoucího kysličníku uhličitého (před tím odčerpaného z atmosféry)

Během příštích 5 let se předpokládá významný nárůst produkce paliv, plastů, i jiných produktů na bázi kysličníku uhličitého odčerpaného z atmosféry. Jde tak o nikoliv restriktivní nýbrž aktivní přístup k řešení skleníkovému jevu.

Během příštích pěti let se předpokládá významný nárůst produkce paliv, plastů, i jiných produktů na bázi kysličníku uhličitého CO2 předtím odčerpaného z atmosféry. Jde tak o nikoliv restriktivní nýbrž aktivní přístup k řešení skleníkovému jevu. Ano, namísto zbytečné kampaně na zákaz spalovacích motorů by se měly podporovat výzkumy na konverzi kysličníku uhličitéto (vychytávaného z atmosféry) na paliva využitelná v automobilových motorech. Ta zbytečná kampaň je především dokladem úřednické nekompetence (a taky neschopnosti médií tu nekompetenci zviditelňovat).

Prvním krokem je tedy vychytávání (sekvestrace) kysličníku uhličitého CO2 ze zemské atmosféry. Takto eliminovaný CO2 může být ukládán do geologických prostor, a tam uchováván. Takto je např. koncipováno zařízení firmy Climeworks zvané Orca na Islandě pro ukládání CO2 do tamních podzemních geologických prostor. Zařízení Orca tak nabízí trvalé odstraňování části CO2 z atmosféry. Používá tuhý sorpční povrch pokrytý amino-skupinami, na kterých se CO2 zachycuje - chemisorbuje. Později je z povrchu řízeně uvolněn ohřevem na nějakých 100°C a deponován do podzemí, zatímco amino-skupiny se regenerují pro další sorpční cyklus. Takto z atmosféry eliminovaný CO2 může ovšem místo ukládání v podzemních prostorách přímo sloužit jako surovina pro navazující chemické výroby, ať už paliv nebo i plastových materiálů. Druhou surovinou pro výrobu paliv v modifikovaném (dvoustupňovém) Fischer-Tropschově procesu je (molekulární) vodík. Jedná se tedy o katalyzovanou termální chemickou výrobu. Vodík by mohl pocházet z elektrolýzy vody prováděné elektrickým proudem z jaderných elektráren, nebo ze solárních panelů či větrných elektráren. Např. by se mohly vytvořit velké plantáže solárních panelů na Sahaře a proud vést na pobřeží, kde by probíhala samotná elektrolýza (odsolené) vody.

Jiné provedení takové katalytické syntézy je ale možné i v elektrochemickém reaktoru. Tak např. výzkumníci z jihokorejského Gwangju Institute of Science and Technology navrhli  katalytický elektrochemický způsob konverze kysličníku uhličitého (v budoucnu právě vychytaného z atmosféry)  spolu s vodou na palivo 1-butanol C4H9OH, tedy CH3CH2CH2CH2OH (tedy butylalkohol, podobně jako třeba methylalkohol zdraví nebezpečný). Základem jimi použitého katalyzátoru je fosfid mědi. Vhodný výběr katalyzátoru umožňuje jak zvyšovat rychlost tvorby žádoucího produktu, tak případně i potlačovat vznik nežádoucích vedlejších sloučenin, a hledání takových katalyzátorů je nejnáročnější etapou výzkumů (jiným takovým užitečným katalyzátorem je slitina mědi a hliníku, nebo kysličníky chromu a galia). Výsledný 1-butanol může být prostě přidáván jako rozhodující složka do benzinu, aniž by bylo zapotřebí nějakých zásadních konstrukčních změn motorů. Poznamenejme, že uhlovodíková paliva stále mají oproti elektrickým bateriím tu zásadní přednost, že na jednotku váhy poskytují třicetkrát až čtyřicetkrát více energie, což je zvlášt důležité pro leteckou, ale i lodní a železniční dopravu. Celkově jde o reakci (pokud se pro jednoduchost omezíme na plynou fázi g):

4CO2(g) + 5H2O(g) = C4H9OH(g) + 6O2(g) + 599kcal/mol .

Poslední znaménko + znamená, že dotyčnou energii (přesněji entalpii ?H, ale tím to netřeba komplikovat) je třeba dodat (třeba protékajícím elektrickým proudem) - tedy endothermický proces vyznačující se kladnou reakční entalpií ?H. Pokud tuto reakci čteme zprava doleva, jde o spalování ve spalovacím motoru, a dotyčná energie se tam naopak uvolní (tedy exothermická reakce s negativní ?H).

Elektrochemicky je možné i připravovat suroviny pro plasty, počínaje rozšířeným polyethylenem. Pro proces je opět klíčový výběr katalyzátoru. I v Evropě se pracuje na elektrochemické konverzi kysličníku uhličitého a vody na dále použitelné chemické suroviny jako alkohol či ethylen. Příkladem je konsorcium SelectCO2, na kterém se podílejí akademická pracoviště z vědecky rozvinutých zemí jako Dánska, Holandska, Německa.

Při konvenčnějším termálním chemickém postupu může být z atmosféry odčerpaný CO2 používán společně s vodíkem pro produkci uhlovodíků (a tedy paliv včetně benzinu) v rámci modifikovaného (dvoustupňového) Fischer-Tropschova procesu. Na rozdíl od elektrochemických reaktorů se ale pracuje za vyšších teplot a tlaků. Nejprve je ale třeba provést konverzi CO2 na CO:

CO2 + H2 = CO + H2O

A pak už je možné v rámci Fischer-Tropschovy reakce produkovat různé uhlovodíky, kondenzovaně zapsáno třeba:

CO + 2H2 = (1/n)(CnH2n) + H2O.

A opět je zde klíčová katalýza - zase jde o katalýzu na bázi kovů (železa, kobaltu, manganu, mědi), nebo s pomocí zeolitů.

Pro obě technologie platí, že pokud je jako surovina používán CO2 předtím odčerpaný z atmosféry, zajišťuje takový postup celkově nulové uhlíkaté emise, neb z automobilových motorů do atmosféry vstupuje jen CO2, který z ní byl předtím odčerpán. V současnosti je celosvětově v provozu na 40 zařízení na vychytávání kysličníku uhličitého z atmosféry, a to s celkovou roční kapacitou více jak 45 Mt (megatun) CO2. Nadto je zatím v plánu do roku 2030 dostavět nějakých 50 nových takových vychytávacích zařízení s roční kapacitou 125 Mt CO2. [Celková antropogenická produkce skleníkových plynů za rok 2019 se v přepočtu uvádí jako 59 ± 6.6 Gt CO2-ekvivalentů.]

Foto u perexu: Vyzkumníci z jihokorejského Gwangju Institute of Science and Technology navrhli katalytický elektrochemický způsob konverze (atmosférického) kysličníku uhličitého na palivo 1-butanol (https://www.gist.ac.kr/en/html/sub06/060208.html?mode=V&no=201007).

XX. díl seriálu: 666@Sky - Je naprosto nezbytné, aby nebe bylo blankytné
[blankyt:666THz]
XXI. díl seriálu: https://zdenekslanina.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=805757
XIX. díl seriálu: https://zdenekslanina.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=803048

This work is licensed under CC BY-NC-ND 4.0